計測検査技術の新しい潮流 - JEITAsemicon.jeita.or.jp/STRJ/STRJ/2006/9D-1_WS2006WG11Met... · 2012-07-31 · Remote Control CD-SEM SEM Image HSS file Input Data MeasurementDesign

計測/検査技術の新しい潮流－新たな技術要求と解決策－

０．Lithographyプロセスの課題

各段階における現状と対応

１．設計段階：

Conventional DRC+Lithographic DRC (Metrology: SEMによるOPEデータ取り)

２．マスク段階：

欠陥検査、CD-SEM測長、IP計測３．ウェーハ段階：

CD-SEM測長、重ね合わせ検査、Hot Spotを含む欠陥検査

1Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 9, 2007, WG11 WECC & Met.

用語説明

DRC: Design Rule Check（所定のルールで出来上がっているかのチェック）CD-SEM: Critical Dimension-Scanning Electron Microscope（微細パターン線幅観察用電子顕微鏡）Hot spot: 歩留まりに影響する危険箇所Systematic defect: 原因系が存在し、傾向をもった欠陥。制御できれば無くしうる欠陥。OPE: Optical Proximity Effect（光の近接効果。光学干渉の結果必然的に発生するパターンの歪み）OPC: Optical Proximity Correction（光近接効果補正、OPEを補正すること、通常エッチングbiasを含めて補正する）RET: Resolution Enhancement Technology（光学分解能をあげるための技術、位相シフトマスク、変形照明、補助パターン等を用いて光のコントラストを高める技術一般の呼称）

ED-window: Exposure Latitude-Depth of Focus-Window（線幅を規格値に押さえ込むために許されるフォーカスと露光量の矩形範囲）

EPE: Edge Placement Error（パターンの輪郭の設計からの乖離誤差）SEMのチャージ: SEMの電子ビームが観察試料面で帯電し、暗くなって見えにくくなること。AIMS: Aerial Image Measurement System（簡易的な微小マスク領域の露光環境をつくり空間像で欠陥等の評価を行うシステム）

NA: Numerical aperture（投影系の開口数：取り込める回折光の次数の大きさに相当する）Die to database（試料の観察像と設計データ等の目標データとを比較検査すること）PWQ: Process Window Qualification（ウェーハ上でフォーカスなり、ドーズなりを意図的に変動させて、規格値変動内で欠陥が発生しないことを検証すること、あるいは、potential defectを検知し対策を行うこと）

FOV: Field of View（観察視野）EUV: Extreme Ultra Violet（極紫外光～13.5nm）EB: Electron Beam（電子ビーム）DICD: Development Inspection Critical Dimension（現像後の検査対象微細寸法）FICD: Final Inspection Critical Dimension（最終検査対象微細寸法：例）エッチング後のCD）IP: Image Placement（パターン配置）


0. リソグラフィーの課題

Systematic defects require new approachesSource: IBS report

Error budgetご提供：ブライオンテクノロジ（株）


●システマティイクな欠陥が今後歩留まりの支配的要因になる。

とりわけOPC（Optical Proximity Correction:光近接効果）は主要因で重要課題！

1. 設計段階（現状と対応）

Lithography DRC

Conventional DRCPreferred rule DRC

Std. (Macro) Cell Layout Preferred rule

Cell Characterize

Litho. Aware P&R

RET/OPC/DRC

イソグラフィー起因課題

SRAM etc. Cell Layout

Mask Process

Conventional DRCPreferred rule DRC

Conventional DRC

プロセス起因課題

・Design rule・Preferred Rule

Mask Data Processing

Tape Out

NG

NG

NG

NG

●プロセスウィンドウ考慮のOPC＆DRCがHot spotのSolution!⇒OPC/DRCの精度＆Speedが課

●OPCの精度はOPCのモデルも重要であるが、OPEのデータ取得工数、および測長精度が重要！

●より上流で簡易的なプロセスウィンドウ考慮の設計、OPC/DRCが重要！4Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 9, 2007, WG11 WECC & Met.

1-1. リソグラフィーのCDプロセスウィンドウ

● OPC&DRCは従来のnominal conditionからED-windowベースに移行

⇒Hot Spot検証、修正が容易になった

⇒演算スピードが前提

*CD: Critical Dimension

*ED: Exposure latitude-Depth of focus

Dose Budget

Focus Budget

露光

フォーカス位共通ED-

焦点深度

(DO

F)

露光量余裕度(Exposure lat.)

露光装置起因 o (%)C/D起因 p (%)レジスト材料起因マスク起因

q (%)r (%)

Total d (%)

ウェーハ起因 a (nm)露光装置起因 b (nm)マスク起因運用・管理

c (nm)d (nm)

Total f (nm)

Nominal condition


1-2. Hot spot 抽出事例（効果）（プロセスウィンドウ考慮）

Inte

r-la

yer m

argi

nal

patte

rns

& o

verla

yIn

tra-la

yer

mar

gina

l pat

tern

s

● Hot Spotは寸法＆重ねで、同一層内、層間でチェックが可能となった

●従来のウェーハ段階での捕捉から設計段階での捕捉が可能となった


●OPC&DRCの演算スピードの向上で初めてグリッドベースのサンプリングが可能となった

●安価で高速な演算環境が益々必要！⇒収差考慮のシミュレーションにはさらに膨大な演算

時間がかかるが、必要性は？

1-3. 計算の高速化（解決策）

ご提供：ブライオンテクノロジ（株）


1-4-1. OPE計測技術（SEM）と課題DesignGaugeDesignGauge

IN OUT

Remote Control

CD-SEM

SEM Image

HSS file

Input Data

Measurement Result

Image Data

Output Data

Network

Design Data

●設計データ（GDS）からのレシピ作成が容易に実現⇒多点計測に大きく貢献●自動測長技術が進歩した ⇒生産性上必須技術で100%目標が期待！⇒測長機能起因の計測failとパターン起因の測長failのclassificationが期待される。

ご提供：（株）日立ハイテクノロジーズ8Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 9, 2007, WG11 WECC & Met.

1-4-2. 現状の測長機能（補足）EPE


パターンエンド部分のEPE計測

EPE測長カーソル

下層Designデータ

上層Designデータ

Designデータ

測長カーソル

パターン

2層レイヤーを活用したEPE計測

パターン

２層間の位置ずれ計測にも応用

●設計データとの２次元的な線幅比較が可能

⇒OPE, OPC検証に有効！

●２層間の位置ずれ計測にも応用可能

⇒OPE, OPC検証に有効！

＊EPE: Edge Placement Errorご提供：（株）日立ハイテクノロジーズ

1.5. 設計段階の計測技術のまとめ（OPE計測技術のまとめ）

現状

• Lithographic DRCの発展で Hot spot の検出が容易になってきた。• OPE計測の高精度・高スループット化が益々重要。• SEMの分解能、自動測長の技術は日進月歩でさらなる改善期待。課題

• CD-SEM一般的に自動測長技術は急速に進歩しているが、フォーカス、スティグマ起因で測長値変動が発生し、OPEの誤判断をする可能性があるため、継続的な改善が必要。

• SEMのチャージングも依然残件課題。


２．マスク段階（欠陥検査の現状）Algorithm Description Application

HiRes1 and HiRes2

High resolution, high sensitivity

Ultimate pattern defect sensitivity

Litho1 MEEF based sensitivity steering

Defect disposition based on printability

Litho2 Flux based defect detection

Contact hole and via layers

TeraFlux Phase contrast illumination

Phase defect detection for altPSM

Tritone die-database

Uses 2-layer database rendering

Simple tritone mask

●現状はランダム欠陥検査。マスク描画プロセスでの欠陥検査。（Die to databaseが主流）●分解能向上は短波長化と高NA化。●OPCレベルの検査はマスク上で必要か？？？●AIMS-likeな空間像とGDSあるいはlitho.-simとの比較検査は必要か？

257λ Laser

Reflected

ImagingObjective

Transmitted

TDI ImagingSensor

Active BeamSteering

Reticle

ReflectedIlluminator

TransmittedIlluminator

Zoom forSelectable

Pixels

SelectablePhase Contrast

for altPSM

or

High Resolution Images

TR Shutters

ご提供： KLA-Tencor11Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 9, 2007, WG11 WECC & Met.

2-2. マスクCD-SEMでのチャージアップ低減技術

Gun10-6Pa SIP1

TMP-2

SIP2

TMP-1

DryP.

Chamber<10Pa

Stage

HV:1.5kV

Air

Mask

OL/Det.10-2Pa

VF/CL 10-4Pa

差動排気システム

●低真空下での残留分子のイオン化によってチャージが抑制された。●チャージアップに関しては、カラムの工夫でnegligibleにしたという以下の報告もあり、すでに実用化されている。

G. W. Schlueter, T. Nakamura, J. Matsumoto, M. Seyama, J. M. Whittey,Reticle CD-SEM for the 65-nm technology node and beyond, Annual BACUSSymposium on Photomask Technology and Management, 2004 ご提供：（株）ホロン


2-1. マスク欠陥事例と課題

●現像欠陥が支配的で、プロセス的な改善が必要であるが、同時に検査精度の向上が必要！

●Type1欠陥は現状検査が出来ていない。⇒Type1同等のsystematic defectも不可。

●OPCレベルの検査は現状不可能であるが、マスク上で本当に必要か？？？

Development 61%

Etching22%

Strip6%

Coating11%

Type-1 Type-2

Difficult to repair・・・

Easy to repair !!Easy to repair !!

On Edge On Resist

Source: 25th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology,Volume 5992 （2005） 22.


2-3. 低真空SEMでのチャージアップ低減効果30回繰り返し測定後の照射痕比較

測定条件加速電圧：1.5kV

照射電流：7pA

低真空（～10Pa）での測定痕高真空（10-4Pa）での測定痕

測定領域

（測定視野：2μm）

低真空での測定では殆ど照射痕が見られ

ない

ご提供：（株）ホロン


2-4. 欠陥の転写性、欠陥修正後の転写性検証

● AIMS (Aerial image measurement system): 露光と等価あるいは、相関の取れる露光条でマスクパターンの空間像を計測し、OPCデータの空間像比較で良否判定を行う

ご提供： Carl Zeiss15Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 9, 2007, WG11 WECC & Met.

2-5. マスク検査のまとめ

• ランダム欠陥検査は光学式のDie to databaseで、分解能は短波長化、高NA化で対応（十分か？）トレードオフはスループット。

• 分解能（ハード起因 or 画像処理起因）以下の欠陥は“問題無し”と考える？あるいは現状も必要？

• 今後空間像検査は必要？• 測長、形状観察においては、SEMのチャージ低減技術が進歩した。

• CD測長, OPE検証, OPC検証用測長効率の面で高速＆自動測長（100%）技術が必要。GDS参照、比較測長も重要。


3. ウェーハ検査

• 現状はDie to Die（ランダムパターン）, Cell to Cell（メモリセル）比較によるrandom defect検査が主流。

• Systematic defect（Hot spot）の感度を高めるため、PWQが実用化されている。

• 広視野SEMが開発され、分解能の向上が期待されるが、スル－プットおよび実用性が鍵。

• Overlayに関しては、グローバルなショット代表の位置ずれ検査のみで投影系の影響によるローカルなパターンベースのディストーションの直接検査は無い。広視野SEMの応用は？

• CriticalなDICD, FICD観察の主流は高倍CD-SEM


3．ウェーハ段階（欠陥検査の現状）

Technologies

High speed, scaleable imaging sensor

High power, ultra-broadband illumination

Continuous, high resolution, high NA optics

UBB-capable TDI sensor

High NA lens

Wafer

Zoom/mag

Filters/ND

UBB spectrum light source

DUV UV VIS

GHI-Lines

G-lineI-LineBlueband

Deepband Midband

Broadband DUV

KLA-Tencor 2800 – ULTRA-BROADBAND

●現状はランダム欠陥検査。（ Die to Die, Cell to Cell）●ウェーハ検査コスト、時間が依然課題。

●PWQ（Process Window Qualification）でHot spot検出感度UP！ご提供： KLA-Tencor18Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 9, 2007, WG11 WECC & Met.


3-1-1. プロセスウィンドウベースの検証事例-13-1-1. プロセスウィンドウベースの検証事例-1PWQ: Process Window Qualification

PW < 0.2µm in FocusPW ~ 0.15µm in Focus PW ~ 0.2µm in Focus

●Nominal conditionでは検出できないものが、PWQで初めて検出できるようになった！

● Lithographic DRCの進歩でHot spotはかなり抑制できると思われるが、モデルの精度、光学収差の影響、マスクプロセス誤差を含めた最終段階のウェーハプロセスにおけるPWQは非常に有効である。

ご提供： KLA-Tencor

3-1-2. プロセスウィンドウベースの検証事例-2

Proceedings of SPIE Vol. 5754, p. 215-255, 2005

Intel IBMShift

X: 0umY: +δYum

X: +δXumY: +δYum

X: +δYumY: 0um

X: +δXumY: -δYum

Unfiltered Filtered

X: 0umY: -δYum

X: -δXumY: -δYum

X: -δXumY: 0um

X: -δXumY: +δYum

Shift Unfiltered Filtered

Nominal

Horizontal Shift

Proceedings of SPIE Vol. 5756, p. 51-60, 2005Proceedings of SPIE Vol. 5754, p. 215-255, 2005 Proceedings of SPIE Vol. 5756, p. 51-60, 2005●高屈折液浸、EUVの代替技術として注目されている２重露光のPWQの事例で見つかった欠陥事例。●PWQはsystematic defectが特定されるだけでなく、実際のプロセスウィンドウが認識できるため、プロセスの品質向上にも役立つ！


3-2. 広視野SEM検査技術（分解能とスループットとのバランス）

EIAS Layout data Reference geometry

Region to-be-Inspected Inspection-unit-area Clipping area corresponding to image to-be-Inspected

Reference geometry Detected edge Reference geometry Detected edge BiasProfile

Intensity

[ STEP1 ] [ STEP2 ]

[ STEP3 ] [ STEP4 ]

Landing energy: 40 to 3000V Probe current : 500pA to 10nA (Verification Mode), 10pA to 1nA (High Resolution Review Mode)Pixel size : 2nm to 20nmFOV per step : up to 200 µm square (0.01% field linearity), 16000 by 16000 pixelsSampling rate : 200 M pixel/sec

●分解能の面で広視野、高サンプリングレートのSEMは新たな提案、実用性と効果に期待！ご提供： NanoGeometry Research Inc.


3-2-1. Systematic Defect 事例Bridge Space Path Corner

End Cap Gate CDCorner

ご提供： NanoGeometry Research Inc.22Work in Progress - Do not publish STRJ WS: March 9, 2007, WG11 WECC & Met.

3-3. 光学収差によるパターンディストーション


σ aperture

Pupil

Wafer

Mask

Lamp照明系

投影系

●光学収差の影響でパターンの周波数特性でパターンの歪みあるいは配置ずれが起こるが用パターンでの特定で十分か？

●収差をLithographyシュミレータに完全に取り込めて予測ができるかが課題●広視野SEM観察でパターン間の配置ずれまで検証する必要性はあるのか？

3-2-2. Litho Simulator ORC vs. Wafer Inspection

Defects presumed by Lithography simulator

Defects detected by Wafer Inspection

A CB

Inadequate OPC patternsInadequate lithography conditionsMask geometry fabrication failureDefects on a mask

Inadequate model usedin the lithography simulation

●Litho-DRCとwafer inspectionの補完関係

●SEMレベルの分解能でGDS or 空間像評価も必要か？ご提供： NanoGeometry Research Inc.


3-4. ウェーハ検査のまとめ

• 光によるDie to Die, Cell to Cellのパターン、欠陥検証は、短波長化の方向で進捗、光のメリットは高速化、課題は分解能。

• Die to Database比較検査は、必要性を含め、精度、スループットが依然課題。

• PWQが実用化されHot spot検出に貢献した。• 光学検査の代替として高速のEB検査技術が進歩した。装置の安定性、実用化が望まれる。ソフト的にはSEM画像の輪郭抽出技術とOPC後のデータ照合技術も重要。


総まとめ

• Computational Lithography (Lithography DRC)の高精度化（＆高速化）でHot spotが上流で抑制できるようになった。

Systematic defectはLithography-DRCで完全に解消できるか？

課題はシミュレーションモデルの精度とOPEデータ取得精度＆スピード。

• マスクはrandom defect検査だけで十分か？

現状random欠陥検査の分解能UP要求がある。

• PWQ（下流）でHot spotの検知がより明確になった。

Litho-DRCの進歩でも依然重要！

• ウェーハ検査において、広視野SEM技術が進歩。

Systematic defectを妥当なスピードで検知できるかが鍵！

• ウェーハ上でパターンの露光収差により配置ずれの検証は現在できていな

いが、今後必要か？


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